Wat we niet wisten over penisanatomie

We zijn nog niet klaar met anatomie. We weten enorm veel over genomica, proteomica en celbiologie, maar zoals Diane Kelly verduidelijkt bij TEDMED: er zijn fundamentele feiten over het menselijke lichaam die we nog steeds aan het leren zijn. Het voorliggende geval: hoe werkt peniserectie bij zoogdieren?

Als ik naar een feestje kom,

duurt het meestal niet erg lang

voordat mensen erachter komen

dat ik wetenschapper ben
en seks bestudeer.

Vervolgens komen de vragen los.

Die vragen hebben doorgaans
een eigenaardige opbouw.

Ze beginnen met de woorden:

"Ik hoorde van een vriend ..."

en eindigen met de woorden:

"... is dat waar?"

En meestal

kan ik ze beantwoorden,

maar soms moet ik zeggen:

"Het spijt me echt,

maar ik weet het niet;

ik ben geen dokter maar een doctor."

Dat wil zeggen: ik ben geen arts,

maar een vergelijkend biologe
die anatomie bestudeert.

Ik kijk beroepsmatig naar veel
verschillende soorten dieren

en probeer te begrijpen
hoe hun weefsels en organen werken

wanneer alles goed gaat,

in plaats van dingen proberen
te repareren als het mis gaat,

zoals velen van jullie doen.

Ik zoek naar overeenkomsten en verschillen

in de oplossingen die ze geëvolueerd hebben

voor fundamentele biologische problemen.

Vandaag wil ik betogen

dat dit beslist geen

esoterische ivoren toren-activiteit is

die we op onze universiteiten vinden,

maar dat brede studie

van allerhande soorten,
weefseltypen en orgaansystemen

inzichten kan opleveren

met directe implicaties
voor de menselijke gezondheid.

Dat geldt zowel voor mijn recente project

over geslachtsverschillen in de hersenen,

en mijn volwassener werk

over de anatomie en functie van penissen.

Nu weet je dus waarom ik
populair ben op feestjes.

(Gelach)

Ik ga jullie een voorbeeld geven

uit mijn penisstudie

om jullie te laten zien hoe kennis

gehaald uit de studie
naar één orgaansysteem,

inzichten bood in een heel ander.

Nu ben ik zeker,
zoals iedereen hier al weet –

ik moest het vorige week wel
aan mijn negenjarige uitleggen --

penissen zijn structuren
die sperma overbrengen

van het ene individu naar het andere.

De dia achter me

geeft slechts een fractie weer

van hoe wijdverspreid ze zijn onder dieren.

Er bestaat enorm veel
anatomische variatie.

Je vindt spierbuizen,
aangepaste benen, aangepaste vinnen,

evenals de vlezige,
uitzettende zoogdier-cylinder

waar iedereen bekend mee is --

of tenminste de helft van jullie.

(Gelach)

Ik denk dat we deze enorme variatie zien

omdat het een heel effectieve oplossing is

voor een heel basaal biologisch probleem,

namelijk om sperma
in een positie te krijgen

waar het eitjes ontmoet en zygoten vormt.

De penis is niet werkelijk
nodig voor interne bevruchting,

maar wanneer
interne bevruchting evolueert,

gaat dat vaak gepaard met penissen.

De vraag die ik het vaakst hoor
wanneer ik hierover begin te praten is:

"Hoe werd je interesse gewekt
voor dit onderwerp?"

Het antwoord daarop is skeletten.

Je zou denken dat skeletten en penissen

niet veel met elkaar te maken hebben.

Dat komt omdat we skeletten zien als

als stijve hefboom-systemen

die snelheid en kracht produceren.

Mijn eerste uitstapjes
in biologisch onderzoek

als bachelorstudent
actief in dinosaurus-paleontologie,

waren duidelijk in die sferen.

Maar toen ik tijdens mijn masteropleiding
biomechanica ging studeren,

wilde ik per se
een dissertatieproject vinden

dat onze kennis
van skeletfuncties zou vergroten.

Ik probeerde een hoop
verschillende dingen.

Veel daarvan kwam niet van de grond.

Maar op een dag begon ik na te denken

over de zoogdierpenis.

Het is echt een
eigenaardige soort structuur.

Voordat het gebruikt kan worden
voor interne bevruchting,

moet zijn mechanische gedrag

op zeer dramatische wijze veranderen.

De meeste tijd is het een flexibel orgaan.

Het buigt gemakkelijk.

Maar voordat het gebruikt gaat worden

tijdens copulatie

moet het stijf worden,

moeilijk te buigen.

Meer dan dat: het moet werken.

Een voortplantingsorgaan
dat niet functioneert,

produceert een individu
zonder nakomelingen,

en dat individu verdwijnt
daarmee uit de genenpoel.

Dus ik dacht: "Hier is een probleem

dat smeekt om een skeletsysteem –

niet zo eentje,

maar een zoals deze –

omdat, in zijn functie,

een skelet een systeem is

dat weefsel ondersteunt
en krachten overbrengt.

Ik wist reeds dat dieren
als deze regenworm,

evenals de meeste dieren,

hun weefsels niet ondersteunen

door ze over botten te draperen.

Ze zijn meer als versterkte waterballonnen.

Ze gebruiken een zogenaamd
hydrostatisch skelet.

Een hydrostatisch skelet

benut twee elementen.

De skeletfunctie berust op de interactie

tussen een vloeistof die onder druk staat

en een omhullende weefselwand

die onder druk staat en versterkt wordt
door vezelachtige proteïnen.

De interactie is cruciaal.

Zonder beide elementen heb je geen ondersteuning.

Als je een vloeistof hebt

zonder de omhullende wand

die onder druk staat,

heb je een plas.

Als je alleen de wand hebt,

zonder vloeistof binnenin
die het zaakje onder druk houdt,

dan heb je een vochtig dweiltje.

De doorsnede van een penis

heeft veel van de kenmerken

van een hydrostatisch skelet.

Het heeft een centrale ruimte

van sponsachtig erectiel weefsel

dat zich met vloeistof vult
-– in dit geval bloed –-

omgeven door een wand van weefsel

die rijk is aan
het stijve proteïne collageen.

Maar toen ik met dit project begon,

was de beste verklaring
die ik kon vinden voor penis-erectie,

dat de wand deze sponzige weefsels omsloot

en de sponzige weefsels
gevuld raakten met bloed

en de druk steeg en voilà!
... het zaakje werd stijf.

Dat verklaarde voor mij expansie –

logisch: meer vloeistof
en je krijgt uitzettende weefsels –

maar het verklaarde niet echt een erectie.

Er was namelijk geen
mechanisme in deze verklaring

die de structuur moeilijk buigzaam maakte.

En niemand had systematisch
naar het wandweefsel gekeken.

Dus ik dacht: wandweefsel
is belangrijk in skeletten,

Het moet deel van de verklaring zijn.

Dat was het punt

waarop mijn afstudeerbegeleider zei:

"Whoa! Stop. Kalm aan."

Want na mij 6 maanden
te hebben aangehoord,

denk ik dat hij eindelijk begreep

dat ik echt verder wilde
met het penisverhaal.

(Gelach)

Dus ik moest gaan zitten
en hij waarschuwde me.

Hij zei: "Pas op waar je je in begeeft.

Ik ben niet zo zeker dat dit project
vruchten gaat afwerpen."

Hij was bang dat ik in een val liep.

Ik stortte me op een sociaal gênante vraag

met een volgens hem wellicht

niet zo heel interessant antwoord.

Dat kwam omdat

ieder hydrostatisch skelet

dat we tot die tijd
in de natuur hadden gevonden,

dezelfde basiselementen had.

Het had de centrale vloeistof,

de omhullende wand,

en de versterkende vezels in die wand

in de vorm van
kruiselings lopende spiralen

rondom de lange as van het skelet.

De foto achter me

laat een stuk weefsel zien

in een van deze gekruiste,
spiraalvormige skeletten,

uitgesneden zodat je
op het oppervlak van de muur kijkt.

De pijl toont je de lange as.

Je kan twee lagen vezels zien,

één in blauw en één in geel,

die respectievelijk naar links
en naar rechts lopen.

Als dit niet slechts
een kleine uitsnede was,

zouden deze vezels in spiralen lopen

rondom de lange as van het skelet –

... net als een Chinese vingerpuzzel,

waarin je vinger vast komt te zitten.

Die skeletten hebben
een aantal bijzondere eigenschappen

die ik in een filmpje zal demonstreren.

Het is een modelskelet

dat ik maakte van een stuk stof

gewikkeld rond een opgeblazen ballon.

De stof is diagonaal
op de weefrichting gesneden.

Je ziet dat de vezels
in spiralen rond de ballon lopen

en die vezels veranderen
van richting wanneer het skelet beweegt.

Het skelet is dus flexibel.

Het verlengt zich, verkort zich,
en buigt heel makkelijk

in respons op interne of externe krachten.

De zorg van mijn afstudeerbegeleider was:

stel dat het wandweefsel van de penis

op alle andere
hydrostatische skeletten lijkt,

wat ga je dan bijdragen?

Welk nieuw inzicht draag je bij

aan ons begrip van biologie?

En ik dacht: "Ja, daar zegt hij zo wat."

Dus ik dacht hier lang over na.

Iets anders wat me dwars zat,

was dat wanneer ze functioneren,

penissen niet wiebelen.

(Gelach)

Daar was vast
iets interessants aan de gang.

Dus ik ging wandweefsel verzamelen,

prepareerde het
zodat het overeind was,

verdeelde het over
een aantal prepareerglaasjes

en stopte het onder
een microscoop om het te bekijken,

in de verwachting gekruiste spiralen
van een of andere soort collageen te zien.

In plaats daarvan zag ik echter dit.

Er is een buitenlaag en een binnenlaag.

De pijl laat de lengterichting zien van het skelet.

Ik stond echt versteld.

Iedereen die ik dit liet zien,

stond versteld hierover.

Waarom?

Dat komt omdat we
allemaal theoretisch weten

dat er een andere manier was

om vezels in een hydrostatisch
skelet te positioneren,

namelijk met vezels op 0 graden

en vezels op 90 graden
ten opzichte van de lange as.

Het punt is, dat niemand
dit ooit had gezien in de natuur.

Nu keek ik ernaar.

Die vezels in precies deze positionering

maken dat het skelet
zich heel anders gedraagt.

Ik laat je een model zien

dat van precies dezelfde
materialen is gemaakt:

dezelfde soort doek.

dezelfde ballon,
dezelfde interne spanning.

Het enige verschil is

dat de vezels anders gepositioneerd zijn.

En je ziet dat, in tegenstelling tot
het gekruiste spiralenmodel,

dit model uitzetting
en contractie weerstaat

en niet makkelijk buigt.

Dat vertelt ons

dat wandweefsel zoveel meer doet

dan enkel het vasculaire weefsel bedekken.

Het is een integraal deel
van het penis-skelet.

Als de wand rondom
het erectieweefsel er niet zou zijn,

als het niet op deze manier versterkt was,

dan zou de vorm veranderen,

maar de gezwollen penis
zou gemakkelijk buigen,

en erectie zou simpelweg niet werken.

Het is een observatie
met voor de hand liggende

medische toepassingen bij mensen,

maar het is volgens mij
ook relevant in bredere zin,

voor het ontwerpen
van protheses, zachte robotten,

vrijwel alles

waar veranderingen van vorm
en stijfheid belangrijk zijn.

Opsommend:

twintig jaar geleden

vertelde een studieadviseur me,

toen ik tijdens mijn bezoek
aan de universiteit

mijn interesse in anatomie kenbaar maakte:

"Anatomie is een dode wetenschap!"

Hij had er niet verder
naast kunnen zitten.

Ik geloof echt dat we
nog veel te leren hebben

over de normale structuur
en functie van ons lichaam.

Niet alleen over de genetica
en moleculaire biologie,

maar helemaal hier
in het vleesgedeelte van het spectrum.

We hebben te maken met tijdsbeperkingen.

We richten ons vaak op één ziekte,

één model, één probleem,

maar mijn ervaring suggereert

dat we de tijd zouden moeten nemen

om ideeën breed
toe te passen tussen systemen

en gewoon te kijken
waarheen ons dat leidt.

Immers, als ideeën
over ongewervelde skeletten

ons inzicht kunnen bieden

in voortplantings-systemen van zoogdieren,

zouden er nog vele andere
wild-productieve verbanden

kunnen liggen wachten op ontdekking.

Dank je wel.

(Applaus)